Onthulling van de toekomst van nanostructuren met magie van zachte materie

Terwijl traditionele top-down benaderingen zoals fotolithografie hun beperkingen bereiken bij het creëren van nanostructuren, verleggen wetenschappers hun focus naar bottom-up strategieën. Centraal in deze paradigmaverschuiving staat de zelfassemblage van homogene zachte materie, een snelgroeiende techniek met het potentieel om op grote schaal complexe nanopatronen te produceren.

Deze ingewikkelde patronen dienen een doel dat veel verder gaat dan louter esthetiek; ze zijn cruciaal bij het ontsluiten van geavanceerde metamaterialen die licht en geluid kunnen manipuleren op manieren die voorheen ondenkbaar waren.

In een recensie-artikel gepubliceerd in de Chinees tijdschrift voor polymeerwetenschappen in maart 2023 gaven onderzoekers van de South China University of Technology een uitgebreid overzicht van de vooruitgang in complexe bolvormige pakkingssuperroosters. Deze uitgebreide verzameling onderzoeksinzichten onthult het brede spectrum aan mogelijkheden die deze vooruitgang in complexe bolvormige pakkingssuperroosters kan ontsluiten voor het transformeren van onze technologische horizon.

Centraal in hun overzicht staat het gedetailleerde onderzoek van methoden die worden gebruikt bij de manipulatie van homogene zachte materie, waarbij specifiek de processen worden benadrukt die flexibele moleculen in staat stellen zichzelf te organiseren in vooraf gedefinieerde, zeer gestructureerde superroosters.

Door verschillende benaderingen te analyseren om de interactieomstandigheden van deze moleculen aan te passen, bespreken de auteurs de engineering van een divers spectrum van dertien superroosters. Deze variëren van eenvoudige, dicht opeengepakte structuren tot meer uitgebreide en complexe configuraties, wat de geavanceerde organisatie illustreert die te zien is in geavanceerde materialen.

De review benadrukt de methodische controle die wordt bereikt over het assemblageproces, waarbij gebruik wordt gemaakt van de hiërarchische aard van zelfassemblage van zachte materie en het optimaliseren van volume-asymmetrie naast het strategische gebruik van gigantische moleculen. De besproken benaderingen hebben de vorming van een reeks superroosters mogelijk gemaakt, waaronder de eenvoudige lichaamsgecentreerde kubieke (BCC) roosters en de meer ingewikkelde Frank-Kasper en quasi-kristallijne fasen.

Professor Stephen ZD Cheng, een bijdragende onderzoeker aan de review, merkte op: “Onze uitgebreide analyse synthetiseert niet alleen nieuwe wetenschappelijke concepten op het gebied van supramoleculaire kristallen, maar consolideert ook de fundamentele principes voor het creëren van metamaterialen. De inzichten in het beheersen en manipuleren van licht, geluid, en ander fysiek gedrag via deze materialen zijn cruciaal voor verschillende industrieën.”

Deze review onderstreept het vermogen van zelfassemblage van zachte materie om nanostructuren te produceren, wat voorheen alleen haalbaar was met metaallegeringen, wat potentieel kan leiden tot transformatieve technologische vooruitgang. Het pleit voor de vooruitgang van bottom-up fabricagetechnieken, waardoor materialen met unieke eigenschappen kunnen worden gecreëerd en innovatie in toekomstige technologische ontwikkelingen kan worden bevorderd.